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1、30(总78)化妆品的研发程序与配方设计阎世翔(北京工商大学,北京100037)摘要:提出了化妆品产品研发的程序,结合产品的质量特性,论述了化妆品配方设计的原则,化妆品配方设计的科学合理将决定产品的质量。对化妆品的安全性、稳定性和配伍性进行了讨论。关键词:化妆品;研发程序;配方设计;质量特性中图分类号:TQ658文献标识码:A文章编号:1006-7264(2001)02-0030-04Research and Development Procedure and Formula Designation for CosmeticsYAN Shi-xiang(Beijing Technology a
2、nd Business University,Beijing 100037,China)Abstract:The article introduced the research and development procedure for cosmetics and also touched upon the principles of designing formula2tions.The scientific and rationality of the cosmetic designing formulations will decide the quality of the produc
3、ts.The safety,stability and compati2bility of the cosmetics are discussed.K ey words:cosmetics;research and development;formula designation;properties收稿日期:2000-05-12作者简介:阎世翔(1939-),女,北京人,副教授。目前,美容化妆品已成为人们广泛使用的一类日化产品,它在人们的日常生活中占有重要的地位,因此,对产品的质量要求也愈来愈高。如何向消费者提供高品质的产品呢?这需要从产品的研发谈起。化妆品的开发程序大致有以下环节:首先是要有
4、一个产品创意。这个创意一般是由企业市场推广部或总经理直接领导下的市场推销人员、策划部门经过广泛的市场调查,了解目前国内外化妆品市场最热销最流行的产品行情后,向研发部门提出建议。同时企业的研发部门要充分调研和了解当前国内外化妆品的科技发展动态和信息。我国轻工业局每年都公布“轻工业科技发展项目指南”,其中有关于化妆品的行业发展趋势及研究开发重点(1999年2000年),明确指出低刺激、功效性化妆品是发展方向,而天然植物、中草药及高科技生化制剂引入化妆品列为首选,甚至还特别具体提到第二代低刺激果酸的开发和应用。目前市场上流行的BHA化妆品正是第二代果酸化妆品。所以科技人员就要收集各种科技信息,国内外
5、调研资料,最后由企业高层管理、科研和市场策划负责人一起共同确立企业近期要开发的新产品,并进一步制定出企业的中、长期研发计划,即生产一代、研制一代和储备一代。在化妆品配方设计过程中,首先要考虑剂型问题。比如开发防晒化妆品,先要确定其剂型,是防晒油、防晒霜还是防晒凝胶。剂型确定之后,就要确定基质(基质对药物来说就是赋形体,化妆品就是由其基质和多种添加剂组成,添加剂在基质中发挥它的功能作用),如确定防晒产品为膏霜剂型,则要进一步确定此膏霜剂型基质的乳化体形式:O/W、W/O、W/O/W、微乳液和液晶结构等,然后据此选择油相原料和水相原料及乳化剂。如果要求防晒霜具有抗水性,其基质里的油相原料要选择疏水
6、性的。防晒产品中的主要添加剂为防晒剂,防晒剂有多种类型,选择通过高新技术(纳米技术)制备出的超微细钛白粉,它对紫外线具有高的折光率、高散射能力,有极佳的阻隔作用,对可见光具有极高的透光性(皮肤不泛白),另外它不容易堵塞皮肤毛孔(这是由于它的棒状或蝶状特殊结晶结构所决定的),故超细钛白粉现在多用做高级防晒化妆品的首选物理性防晒剂。此外,还需选用合适的化学性的防晒剂,要选择既能吸收UVB又能吸收UVA波段的,组成广谱的复合防晒剂,这需要研制人员筛选实验确定。在剂型、基质和添加剂部分都设计好之后,便进入生产日用化学品科学DETERGENT&COSMETICS第24卷第2期2001年4月科技交汇 19
7、94-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/31(总79)工艺设计环节。化妆品不是化学反应的产物,故配制工艺并不复杂,但这其中有许多复配的原则和经验,如乳化原则、溶剂极性相容原则和化学惰性原则(即切忌原料组分在生产和长期储存过程中,在光、热和氧作用下发生化学反应),原料的添加顺序及溶解顺序、加入的温度和搅拌速度及时间等等都会影响最终产品的综合质量,所以,生产工艺是相当重要的一个环节,不可忽视。经配制形成产品后,产品还需要经过质量检测,包括理化检测和卫生检测,(特殊用途化
8、妆品还需通过安全性评价,甚至功效检测),合格后,再经灌装、包装(在生产配制和包装过程中应避免一次污染),最后是形成商品进入市场。在化妆品的开发过程中,配方设计至关重要,因为配方设计是否科学合理将决定产品的品质,它是化妆品技术的核心。因此,化妆品的产品配方在化妆品行业中具有一种神秘色彩,各企业都把产品的配方视为企业的技术机密加以保护。对于化妆品配方的科学性和合理性,可依据化妆品产品的质量特性,在化妆品的配方设计中应遵循和注意以下原则:1安全性放在首位因为化妆品是人们在日常生活中每天、长期和连续使用的日用品,因此其安全性被视为首要质量特性。化妆品的安全性所指的是化妆品应无毒(经口毒性)、对皮肤(发
9、)及眼黏膜无刺激性和无过敏性等。在化妆品配方设计选择原料时,必须遵循我国的化妆品卫生法规,不选用和不含化妆品禁用原料,选用限用原料时要遵守其用量规定,不得超过我国对有毒物质的限用量(见表1和表2)。在化妆品原料中对有毒物质,砷、汞、铅、甲醇及多种原料进行限量是非常重要的,因为在某些原料的生产过程中,由于设备、环境等因素的影响会带进一些重金属,这些有害元素就会经皮肤的皮透作用吸收后,通过血液循环累积到肝脏里而诱发机体病变。如二战以后日本因此而出现黑皮病,还有因爽身粉里含有硼酸过多,婴儿洗澡后使用中毒死亡的严重事件,所以必须对化妆品中的有害物质进行限量。从表2中可以看到,目前(1999年12月1日
10、后执行的化妆品卫生规范),我国对化妆品中的原料禁用物质和限用物质增加了品种和数量,原来的卫生标准里禁用的物质359种,现在提升到493种,限用物质原来57种,现在提升到67种,可见,对化妆品安全性的重视。我国化妆品、美容行业必须重视和遵守国家颁布的标准,不能为了企业的短暂利益,置消费者的健康而不顾。如禁用物质雌激素、孕激素,即使是丰乳产品也不要加这些物质;斑蜇、氮芥虽有一定的生发作用,但均属禁用物质;还有在美容祛斑化妆品中使用的白降汞为禁用物质,氢醌其用量超过2%就不安全。另一种可瞬间变白皮肤的化妆品,其含有限量物质过氧化氢,如超过限量,必定对皮肤造成伤害,美容不成,反而毁容。总之,安全性是化
11、妆品最重要的质量特性。2稳定性作为重点当前,我国化妆品产品在保质期内出现质量问题主要表现在两方面:一是微生物污染的卫生安全性问题;二是产品出现析水、析油、分层、沉淀、变色、变味和有膨胀现象等稳定性问题。产品出现不稳定的主要原因多是其配方设计不尽合理,故产品稳定性是配方设计的重点内容。如一般的膏霜(乳液)类化妆品配方的组成是多样和复杂的,除油、水相原料外,还有各种功效添加剂、防腐剂、香精和色素等,属多相分散体系。在理论上它是一个热力学不稳定体系,但它又具有动力稳定性以及电力稳定性和其他稳定因素,而使其具有相对稳定性或称为亚稳定状态,在保质期内能维持该状态即达到目的。影响乳化体产品的不稳定因素主要
12、有:211乳化剂的选择乳化体配方设计最为关键的是乳化剂的选择,一般可依其乳化方式的类型来选择乳化剂,乳化方式不断在发展,有可反应式(皂基式)、非反应式、液晶式、位阻式和超微乳化等乳化方式。现通常都采用非反应乳化方式,这种乳化方式无需用碱,利用各种表面活性剂的合理复配完成乳化,它是基于表面活性剂的表面活性,降低体系的表面张力(甚至为零或负值),如离子型表面活性剂在油-水界面形成双电层产生的排斥作用阎世翔:化妆品的研发程序与配方设计2001年4月科技交汇 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights
13、reserved.http:/32而使乳化体稳定。非离子或高分子聚合物表面活性剂存在的亲水、亲油特性及形成双分子吸附层或液晶结构网,而使乳化体系稳定。因此在产品的剂型、基质和原料确定后,乳化方式和乳化剂的选择至关重要,应视为配方设计之重点,它对乳化体的稳定性起决定作用。212介质黏度和分散度的影响在研究和讨论乳化体体系的稳定性时,有著名的斯托克斯(Stokes)方程式:式中:v-体系中微粒(滴)沉降速度-体系中介质黏度r-体系中微粒(滴)之半径g-重力加速度,p1、p2分别为内相、外相之密度。公式中的沉降速度v就是体系中的微粒(滴)的聚集速度,显然聚集速度v若大,则体系的内相(油相或者水相)就
14、很容易聚集在一起造成油水分离而不稳定,所以,沉降速度愈小,膏霜或乳液体系就愈稳定;由公式可以得出:当体系的内相与外相,即油相与水相的密度差值(p2-p1)愈小时,体系愈稳定;当体系的微粒(滴)愈小,即v愈小,也就是油滴或水滴分散得越细,v就愈小,体系就越稳定。所以在配制乳化体时,应使用高效的乳化设备,转速有3 000 rmin-1以上,体系的分散度高,产品的稳定性好且外观亮泽细腻;公式中的是体系介质(即外相)的黏度,沉降速度v是与成反比,即外相的黏度愈大,v愈小,体系就愈稳定。如配制O/W型膏霜时,可通过加入亲水性高分子化合物于外相(水相)增稠以提高膏霜的稳定性。为保证化妆品产品的稳定性,在我
15、国目前颁布的18个化妆品标准中均列有稳定性检测方法和指标(耐热、耐寒和离心试验)。在配方的设计及实验阶段,还可对试样进行强化的稳定性试验,以判断其稳定性。其方法是确定一定的时间间隔(6 h或24 h),将产品先放入高温(40 或50)恒温箱内,经过上述确定的时间后取出,恢复常温,再放入冰箱内(-10 或-15),又经过同样的时间,取出恢复常温后,再放入高温恒温箱内,如此经过两次或三次循环后,观察产品仍是稳定的,表明该产品的配方设计为合理。3配伍性是关键化妆品不是化学合成反应的产物,而是由许多组分经过适当的工艺混合复配而成的产品。一个产品所使用的原料有时多达20种以上,因此各组分间的配伍性是设计
16、配方选取组分的一个关键,因它不仅可以影响产品的最终质量和特性,而且它还可决定产品是否稳定。配方中各组分间的配伍性良好,相互不发生化学反应,而且还有协同作用,就可认定该配方是合理的。化妆品的原料有近万种之多,就是常用的,也有3 000多种,要使配方中各组分间具有良好的配伍性,重要的是对各类原料的理化性质要有充分的了解,要注意原料之间的配伍,禁忌及互溶性和pH值适用范围等。下面略举几例说明原料间的配伍性之重要。如二合一香波,它是一种既具有洗净又具有护理头发作用的香波,即它是把香波和护发素2个产品的作用合到一个产品中。在设计二合一香波时,要注意原料间的配伍性。因为具有洗净去污作用的原料主要是阴离子表
17、面活性剂,而具有护理头发的调理剂多是阳离子表面活性剂,而当阴离子、阳离子表面活性剂混合体系浓度一旦超过临界胶束浓度时,由于强烈的正负离子的静电相互作用,而产生络合反应,形成络盐导致沉淀、分层等,故在设计二合一香波时,不能简单地将洗发香波和护发素主要原料 阴/阳离子表面活性剂混合在一起,因为它们构成配伍禁忌。为了克服相分离,可在阴离子或阳离子表面活性剂亲水基中引入EO基团,即增加亲水性,EO基团的存在降低了表面活性剂的离子密度,从而减弱了它们之间的静电相互作用,并增大了阴、阳离子复合物的亲水性。此外,阳离子型高聚物如聚季铵盐类表面活性剂优于1831、1631等低分子阳离子表面活性剂,因其高分子链
18、起着隔离的作用,阻碍阴、阳离子间的络合作用,故阴离子表面活性剂与聚季铵盐有良好的配伍性。再如化妆品中常用的防腐剂尼泊金酯,美国FDA认为它是最安全的一类防腐剂,即使它的用量达到2%3%,也仍是安全的。但某些原料与它配伍时,可降低尼泊金酯的抑菌作用。如与一些营养物质(如氨基酸类、胶原类等)配伍即会降低活性,且遇到非离子表面活性剂时也表现为失活,因此复合型防腐剂应当为首选。此外配伍时还应注意产品体系的pH值,因每一种防腐剂都有pH值适用范围,许多优良的防腐剂在pH值大于7的介质中,就会失去其抑菌活性,如目前市场上流行的易冲洗皂基型沐浴露,其pH值均在8以上,在选用防腐剂时应考虑选择配伍性允许的在碱
19、性介质下不失活的防腐剂。4功效性要充分体现每一种化妆品都有着它特定的功效和有用性,表现在物理化学方面的有用性:遮盖、清洁和保湿等;生物学方面的功效:抗皱、美白等;此外还有由于色彩、香(总80)日用化学品科学科技交汇第24卷第2期2r2(p2-p1)9v=g 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/33(总81)阎世翔:化妆品的研发程序与配方设计2001年4月科技交汇(上接第29页)和对Mg2+束缚能力弱的缺点,需增加碱性沉淀型助剂的用量,如碳酸钠、偏硅酸盐和层状
20、硅酸盐等。因沉淀型助剂的加入,使碳酸钙的沉积量增加,导致被洗物纤维粗糙变硬,称为“结壳”现象。为防止结壳和减低多次循环洗涤后纤维表面的灰分积累,需要加入聚羧酸盐类共助剂(Co-builder),诸如聚丙烯酸盐、丙烯酸-马来酸酐共聚物和丙烯酸 甲基丙烯酸长链烷酯共聚物等聚丙烯的衍生物。同时还要在活性物组成上增加脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)等非离子表面活性剂的用量,其结果是增加了无磷洗衣粉的原料成本,为获得与含磷洗衣粉相同的洗涤效果,无磷粉的成本比含磷粉高约15%20%。在新世纪,环境保护将是倍受关注的问题。虽然在洗涤剂禁磷限磷问题上存在着见仁见智的不同观点,但是减缓和终止湖水富营养化,使湖水逐渐变
21、清澈,既是每个人的心愿,也是经济可持续发展的需要。不论含磷洗衣粉应对湖水富营养化负多大比例的责任,都应尽量减少因洗涤剂造成的水域富营养源。开发性能更优良、价格合理和与环境更友好的洗涤用品是日用化学工作者和洗涤剂工业界的责任。为此可从以下几方面做出努力:研制开发新型多功能表面活性剂,通过分子设计的思路,研制具有螯合力的表面活性剂,使新型表面活性剂具有更强的洗涤力并且更耐硬水,降低表面活性剂对助剂的依赖性;在洗涤剂配方中尽可能地使用生物降解性更好,对硬水不敏感的表面活性剂,如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、-烯烃磺酸盐(AOS)、-磺基脂肪酸甲酯单钠盐(-S-FAMe)、烷基多苷(APG)、N-
22、烷酰基-N-甲基葡萄糖胺(MeG A)等,部分代替LAS以降低配方中的助剂用量,同时保持优良的去污力;继续研发更有利于生态及环保的新型洗涤助剂或助剂体系;研发新型洗涤用添加剂如漂白剂、漂白活化剂、荧光增白剂、酶制剂、抗污垢再沉积剂等,以弥补洗涤剂必要组分表面活性剂和助剂性能的不足,为洗涤剂组合物提供更优异的使用性能;在发展粉状洗涤剂的同时更应发展其他剂型,特别是重垢液体洗涤剂(HDLD)有很大的发展空间。HDLD在节约资源、节省能源、易低温溶解和节约洗涤用水等方面比粉状洗涤剂更有发展潜力。浓缩型的非结构液体洗涤剂、结构液体洗涤剂和浓缩非水液体洗涤剂都是有待发展的洗衣剂。参考文献:1俞福良 1
23、洗涤剂的进展J 1 日用化学品科学,1999(增刊):9912华章熙 1 合成洗涤剂工业的热点问题 浓缩洗衣粉J 1 日用化学品科学,1996(2):20-2213 E Smulders el al.Recent Developments in the Field of LaundryDetergents and ClearsJ 1T enside Detergents.1967(6):386-392.4王岩 1 利用酶制剂提高洗涤剂效率J 1 中国洗涤用品工业,2000(3):42-4315舒金华,黄文钰等.含磷洗衣粉对太湖富营养化影响评估的研究J 1 日用化学品科学,1999(增刊):12
24、9-1321气等心理学方面的功效。目前我国9类属特殊用途化妆品,更具有其特定的功效作用。在化妆品配方设计中,必须选择添加适量的功效组分,并应进行效果测试,如保湿效果达到几级等。应与产品标明的功效相符,否则可视为对消费者的欺骗行为。今后我国对特殊用途类化妆品的功效检测要逐渐实现量化,如对减肥功效可通过超声波测定脂肪层厚度变化来评估,这样必然对功效性化妆品的配方设计要求更科学、更严谨。5感观效果不可忽视(使用感和易使用性)化妆品是一种美化人体的日用化学制品,应体现一定的文化内涵和艺术性。消费者直观要求它具有良好的外观和使用感觉。彩妆品在此不论,就是膏霜产品也需要求其香气怡人、细腻、光滑柔软及有良好
25、的涂沫性和铺展性。这些感观效果多是与配方中油性成分的品种及用量和其理化性质(折光指数、黏度等)有密切关系,如常用的低黏度二甲基硅油、环状挥发性硅油、异构烷和异构酯等都有油而不腻的感觉。产品配方的优劣,首先就表现在感观效果上,即使有着良好的功效但因其色泽暗、膏体粗和有异味,消费者也难接受,特别是中草药类化妆品更应注意此点。6实用和可操作性必须顾及在设计化妆品的配方和生产工艺时,必须考虑该配方在实际生产时的可行性问题,要尽量使在生产操作上方便。7价格成本需要核算和评估(经济性)目前常以产品的成本价格与性能之比值大小作为评估化妆品产品配方水平的指标,当成本与性能之比值越小,即该产品的成本越低,而产品的性能越优时,表明该产品的配方设计水平越高。因此,在设计化妆品配方时,必须根据配方中各组分的价格对该配方的成本进行核算,通过对配方的进一步修正改进,以求得用低价位的成本,配制出高性能的产品,这应是配方设计师的追求。1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/